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1、第八章氩弧焊机工作原理一、什么是氩弧焊氩弧焊即钨极惰性气体保护弧焊，指用工业钨或活性钨作不熔化电极，惰性气体（氩气）作保护的焊接方法，简称 TIG。二、氩弧焊的起弧方式氩弧焊的起弧采用高压击穿的起弧方式，先在电极针（钨针）与工件间加以高频高压，击穿氩气，使之导电，然后供给持续的电流，保证电弧稳定。三、氩弧焊的一般要求（一）对气体的控制要求：要求气体先来后走，氩气是较易被击穿的惰性气体，先在工件与电极针间充满氩气，有利于起弧；焊接完成后，保持送气，有助于防止工件迅速冷却防止氧化，保证了良好的焊接效果。（二）电流的手开关控制要求：要求按下手开关时，电流较气延迟，手开关断开（焊接结束后），根据要求延
2、时供气电流先断。（三）高压的产生与控制要求：氩弧焊机采用高压起弧的方式，则要求起弧时有高压，起弧后高压消失。（四）干扰的防护要求：氩弧焊的起弧高压中伴有高频，其对整机电路产生严重的干扰，要求电路有很好的防干扰能力。四、氩弧焊机与手弧焊机的工作电路的差别氩焊机与手弧焊机在主回路、辅助电源、驱动电路、保护电路等方面都是相似的。但它在后者的基础上增加了几项控制： 1、手开关控制； 2、高频高压控制； 3、增压起弧控制。另外在输出回路上，氩弧焊机采用负极输出方式，输出负极接电极针，而正极接工件。五、氩弧焊机的工作原理氩弧焊机在主回路、辅助电源、驱动电路、保护电路等方面的工作原理是与手弧焊机是相同的。在
3、此不再多叙述，而着重介绍氩弧焊机所特有的控制功能及起弧电路功能。（一） 手开关控制手开关原理图如图图氩弧焊机要求氩气先来后走，而电流则后来先走（相对气而言） ，这此都是通过手开关控制实现的。由图知：当焊机主开关合上后，辅助电源工作，给控制电路提供了 24V 的直流电。手开关未合上时， 24V 直流电通过电阻 R5 使 Q2 导通， CW3525 芯片的 8 脚经过 T 形滤波器（ L 5、 C5 组成，抗干扰用）对地短路，此时， CW3525 处于封波状态，电路无输出；手开关合上时， 24V 直流电通过电阻 R4、 R8 使 Q1 导通， Q2 基极被拉低而关断， 24V 直流电通过电阻 R6
4、、 R7 使 Q3 导通继电器 J3A 吸合，使控制气体供给的电磁阀工作，给焊接供气。而 8 脚电位由于缓起动电阻，电容的作用缓慢增长，经过一定时间， CW3525 开始工作，电路开始输出功率。这样，电流就较气延时供给延时时间由缓起动动阻、容值决定）。电磁阀为气体供给控制器件，当继电器 J3A 合上，电磁阀中的电感线圈获得电流，产生磁能，把铁块吸离气管管口，气体通过电磁阀供给焊接。手开关控制电路中，电感线圈 L1 L4 及 C1、C2 起到防止干扰而使手开关误导通的作用。1、手开关合上时，由于Q3 导通继电器 J3A 吸合，电磁阀打开供气。辅助电源向电容 C17 充电。而由于热敏电阻 RT4、
5、 RT5 的限流，使得手开关不到于因电流过大而损坏；2、焊接结束，手开关断开后， Q2 导通， CW3525 的 8 脚电位被拉低，电路停止输出，而 C17 上仍充有电能，它通过 R6、 R7 放电供给 Q3 导通，保持电磁阀导通延时供气。实现了焊接对电流、气体的控制要求。（二） 高频、高压电流的产生与控制（ 1） 产生：氩弧焊机的起弧需要高压，为了能在手弧焊机的基础上产生高压并送到输出回路，采用了如图的电路。图（ 2）工作原理：1）升压变压器；图中变压器为24： 70，将 307 电压升高约 3 倍。2）采用 4 倍压整流电路；如图（ C11C14、 D11D14）来产生高压：当升压变压器（
6、 T1）初级流过一正脉冲电流时（电压值为U）， N2产生一上正下负（正向）的感应电动势，并给电容 C14 充电，使电容14 的端电压也为，（方向如图）；且CU由于线圈续流和14的作用，在主变中无电流流过时，14也不能放电；升压变压DC器流过一等值的负脉冲电流时，在 N2上产生一上负下正的感应电动势（值为 U），给 C11 充电，使得11 上的压降感应=2V，方向如图；升压变压器T1CVC11=VC14+U再流过一正脉冲电流时， N2 上又产生上正下负的感应电动势，这时，电容C13充电，端电压 VC13=VC11+U感应 -V C14=2V，方向如图；升压变压器的电流方向再次改变，使得 N2 上
7、的感应电动势方向为上负下正，这时，电容C12得到电能，且VC1213 C14C11，方向如图，这样，在、间便形成了4U的压降。=VC +V -V=2VAB（ 3）高频振荡发生器：（由L3（N3）、 C5、放电嘴组成）A、B 两点的压降达到4V（V 为逆变器输出电压，约151KV），给电容 C 充电；放电嘴因高压击穿放电，此时，相当于短路L3、15；CL3、C15 产生高频振荡， f=L/2 LCL3、 15 便产生高频振荡电由于输出能量的不断补充，使得每隔一定时间，C流，并通过 T4 次级输出到输出。由于 T4上要通过高频高压的电流，其技术参数要求严格，它的质量是起弧难易，焊接效果的决定性因素
8、。（三） 控制输出回路中有高频高压电流后，保证了起弧，可如果防护不当，高频高压电流便会反向击穿二次整流中的整流管，甚至损坏主变T1 初级线圈所联接的电路，而且，高频高压只是在起弧时使用，起弧后，便不再需要，所以，需适时断开高频高压发生器，其控制电路如图所示图防干扰控制：在输出端的正负极间接有压敏电阻与电容，其对于高频高压电流来说明相当于短路同时，正负端都接有抗高频的电感线圈，这样，就控制了高频高压56 伏的直流电压，它使继电器电流反窜到二次整流的电路中，只在输出端形成回路。同时，接在正极与机壳间的电阻（压敏）和电容也能有效地防止高频电流及其它干扰。高频高压电流的产生与关断控制：高频高压电流的产
9、生与关断都由继电器J 控制，手开关全上时，把S2 合上，这时，电路工作，输出约动作，吸合 JA，使高频高压电路工作，产生高频高压电流输出，引起电弧，电弧一引起，输出回路便出现大电流，流经电抗器（电感线圈）；由于电感的续流作用，能使电抗器正端（图中 A 点）电压降到很低的电位（甚至为负值），这时，继电器被可靠地断开，高频高压发生器停止工作，完成了对高频高压电流的控制。（四） 增压起弧控制为了保护轻易起弧，提供焊接质量，氩弧焊机还在输出端增设了一个增压起弧的装置，其利用高频高压发生器的变压器的另一组次边作为增压变压器，使得高频高压发生器工作时，也同时抬高了输出端的电压，保证起弧，起弧后，增压装置也
10、随着高频高压电流发生器一起被断开。其原理图如图逆变式氩弧焊机高频振荡器电路： TB 是高频变压器升压变压器， FD 是火花放电器，它是由钨（或钼）等高熔点金属制成的丝，钨丝后面带散热器，火花放电器的两极间的问隙可以调节。为了使火花放电器间隙达到最佳，该值为 1 3mm。如果间隙过大，即使升压变压器最高电压时也击穿不了，振荡器中电容不可能与电感构成振荡电路，无法起振。如果间隙过小，升压变压器二次电压会使FD 连续击穿，近乎短路状态，使电容没有得到充电的机会，因此也无法起振。与此同时，变压器TB 会因长时间短路而烧毁。当间隙较小时（如小于0.5mm ） FD 过早地被击穿，电容的充电电压不高，振荡
11、的幅度也会很小，导致引弧效果不理想。TZ 是耦合变压器，耦合变压器的铁芯是铁氧体磁环（有 O 形、双形和双 E 形），使用时要保证磁环的横截面最小值、一次绕组和二次绕组的匝数。耦合变压器的一次绕组实际上是振荡电感，一般使用普通2 3mm2 的多股软塑料线在铁氧体磁环上绕3 5 匝即可。耦合变压器的二次绕组为耦合线圈，当振荡器与电弧串联应用时，要使用与焊接电流相适应的电缆线来绕制，需在铁氧体磁环上绕4 12 匝，使耦合变压器呈升压状态，有利于加强高频信号，便于引弧。耦合变压器的匝数比可以调整，促使振荡器的起振或达到击穿电弧间隙。高频引弧后的自动切除，由电弧继电器KM 。和高频电路控制继电器KMS
12、 共同完成。弧焊电源没有电弧时，电源输出的电弧电压较低，这是由电源的下降外特性所决定的。因此，电弧未引燃时，空载电压使电弧继电器 KM3 吸合， KM3 接通了 KMsS ，KMS 又接通了高频电路，使火花放电器FD 产生了高频火花，在有电源电压和氩气供应的条件下便可引燃电弧。电弧引燃之后电弧电压降低，从而使电弧继电器KMS 达不到继电器吸合的动作电压而释放，继电器KMS 也释放，切断了高频电路，完成了高频引弧后的自动切除过程。串联在电弧继电器KMS电路里的电位器 RP 。，是用来调整加在继电器KlM3线圈两端电压，使在长、短弧焊时均能自动切除高频火花。（ 3 ）切断高频电路及长、短弧焊控制电路：长、短弧焊是用开关SA2控制的。当SA2 切换到 “短焊 ”位置时，按下焊接手把上的微动开关SM ，触头 28和 27 接通，继电器 KMI吸合，接通了继电器KMT ，电磁气阀线圈 YV 通电，开始供氩，指示灯HL2亮，同时焊接电源主接触器（ZX （二 7-300 型整流弧焊机）继电器 KM3 吸合，使继电器KMS 工作，接通了高频振荡器，使工件与电极击穿，建立电弧之后，KM3 因电弧电压降低释放，并切断了触点KMS ，使高频振荡器停止工作。此时整流弧焊机仍在运行，弧焊正常进行。
